PRESENTACIÓN - Exsa nbsp;· Voladura controlada y amortiguada a) Voladura controlada en superficie b) Voladura controlada en trabajos subterráneos c) Voladura amortiguada: Air Deck

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    30-Jan-2018

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    EXSA S.A. en sus 46 aos de vida institucional viene proporcionando

    a las industrias minera y de construccin civil, una completa gama

    de productos explosivos de reconocida calidad, fabricada en sus

    plantas industriales de Lurn, Tacna y Trujillo con la ms avanzada

    tecnologa y bajo estrictas normas de seguridad. Asimismo, cuenta

    con accesorios de voladura para las diversas aplicaciones, lo cual

    permite a EXSA S.A. ofrecer a sus clientes un paquete completo de

    para todo tipo de voladura; actividades complementadas con el

    servicio integral de voladura y el asesoramiento permanente de

    personal t

    0cnico especializado.

    La preservacin del medio ambiente es una de las principales

    metas y preocupaciones de EXSA S.A. por lo que viene

    desarrollando un sistema de gestin ambiental basado en la norma

    ISO 14 000, lo cual ratifica su compromiso con el respeto del

    enterno.

    Como el empleo de explosivos requiere tcnicas especializadas

    para cada condicin de trabajo y tipo de roca, es necesario contar

    con personal idneo, responsable y bien preparado para

    utilizarlos. Es en este aspecto que EXSA S.A. colabora decididamente

    con los usuarios mediante capacitacin a sus operadores, en la

    mina u obra y en sus Centros Tecnolgicos de Voladura EXSA,

    ubicados en las ciudades de Lima, Arequipa y Trujillo.

    Esta cuarta edicin del Manual de Voladura EXSA comprende

    principios fundamentales de voladura y tcnicas de aplicacin de

    uso general, a fin de que sirva como gua para los operadores, y

    puedan aplicar los procedimientos ms adecuados y seguros para

    el trabajo que realizan, poniendo nfasis en la optimizacin de

    costos.

    Como toda gua, el propio usuario deber ajustar valores y criterios

    a su propia realidad, para un mejor resultado.

    Por otro lado, EXSA S.A. no puede asumir responsabilidad por el

    uso inadecuado de sus productos ni por la informacin

    proporcionada en este manual, ya que cada caso de voladura es

    especfico y requiere un diseo y mtodo de ejecucin adecuados,

    siempre dentro de las normas de seguridad.

    PRESENTACIN

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    CAPTULO 1Explosivosa) Generalidadesb) Mecnica de rotura

    CAPTULO 2Clasificacin de los explosivos

    CAPTULO 3Caractersticas y propiedades de los explosivos

    CAPTULO 4Rocasa) Clasificacin (Resumen)b) Caractersticasc) Propiedades mecnicas

    CAPTULO 5Geologa y sus efectos en voladura

    CAPTULO 6Perforacina) Generalidades

    CAPTULO 7Cebado o primado de explosivosa ) Carga de taladros en superficie y subsuelob) Carguo mecanizado en superficie

    CAPTULO 8Mtodos de iniciacina) Iniciacin con mecha de seguridadb) Iniciacin con cordn detonantec) Iniciacin con sistema elctrico (convencional

    y secuencial)d) Iniciacin con detonadores no elctricos de retardoe) Comentarios prcticos sobre los sistemas iniciadores

    CAPTULO 9Voladura de rocasa ) Voladura de bancos en superficie. Fundamentosb) Voladura convencional, mtodo prctico, canteras y tajos.c) Trazos y salidasd) Voladura de crter. Generalidadese) Voladura de gran proyeccin: Cast Blasting.

    Generalidades

    7

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    89

    109

    159

    pg.

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    INDICE

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    f) Voladura de subsuelo. Fundamentosg ) Tneles, galeras, chimeneas y piques. Diseo bsicoh) Mtodos de minado subterrneo. Generalidadesi) Voladura con taladros largos. Generalidadesj) Voladuras especiales: Voladura de tapn

    CAPTULO 10Rotura secundariaa ) Voladura secundaria. Plastas y cachorrosb) Cargas conformadas

    CAPTULO 11Voladura controlada y amortiguadaa) Voladura controlada en superficieb) Voladura controlada en trabajos subterrneosc) Voladura amortiguada: Air Deckd) Voladuras controladas especiales: Escolleras

    CAPTULO 12Voladuras en obras vialesa ) Cortes a media ladera y trincherasb) Voladura de gran volumen por gravedad

    CAPTULO 13Voladuras en agricultura y habilitacin de suelosa ) Irrigaciones, zanjas y canalesb) Explotacin forestal y aurfera. Eliminacin de toconesc) Hoyos para postes, pilotaje y plantones

    CAPTULO 14Voladura bajo recubrimiento y voladura bajo aguaa) Voladura de material detrtico. Desbrocesb) Voladura bajo agua

    CAPTULO 15Explosivos en la industria petroleraa ) Prospeccin sismogrfica. Mtodosb) Explosivos para ssmica y usos especialesc) Excavacin de zanjas para oleoductos

    CAPTULO 16Seguridad en el uso de explosivos en voladuraa) Normas y aspectos generalesb) Transporte de explosivosc) Riesgos en aplicacin de explosivos. Tiros falladosd) Destruccin de explosivose) Gases y polvof) Proyeccin de rocasg ) Vibraciones en voladura

    223

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    281

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    CA

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    L O 1

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    os materiales explosivos son compuestos o mezclasde sustancias en estado slido, lquido o gaseoso, quepor medio de reacciones qumicas de xido-reduccin,son capaces de transformarse en un tiempo muy breve,del orden de una fraccin de microsegundo, enproductos gaseosos y condensados, cuyo volumeninicial se convierte en una masa gaseosa que llega aalcanzar muy altas temperaturas y en consecuencia muyelevadas presiones.

    As, los explosivos comerciales son una mezcla desustancias, combustibles y oxidantes, que incentivadasdebidamente, dan lugar a una reaccin exotrmica muyrpida, que genera una serie de productos gaseosos aalta temperatura y presin, qumicamente ms estables,y que ocupan un mayor volumen, aproximadamente1 000 a 10 000 veces mayor que el volumen original delespacio donde se aloj el explosivo.

    Estos fenmenos son aprovechados para realizartrabajo mecnico aplicado para el rompimiento demateriales ptreos, en lo que constituye la tcnica devoladura de rocas.

    Los explosivos constituyen una herramienta bsica parala explotacin minera y para obras de ingeniera civil.

    Los procesos de reaccin segn su carcter fsico-qumico y el tiempo en que se realizan se catalogancomo:

    A. Combustin

    Puede definirse como tal a toda reaccin qumica capazde desprender calor pudiendo o no, ser percibida pornuestros sentidos, y que presenta un tiempo de reaccinbastante lento.

    B. Deflagracin

    Es un proceso exotrmico en el que la transmisin de lareaccin de descomposicin se basa principalmente enla conductividad trmica. Es un fenmeno superficial enel que el frente de deflagracin se propaga por elexplosivo en capas paralelas, a una velocidad baja, quegeneralmente no supera los 1 000 m/s.

    La deflagracin es sinnimo de una combustin rpida.Los explosivos ms lentos al ser activados dan lugar auna deflagracin en la que las reacciones se propaganpor conduccin trmica y radiacin.

    C. Detonacin

    Es un proceso fsico-qumico caracterizado por su granvelocidad de reaccin y por la formacin de grancantidad de productos gaseosos a elevada temperatura,que adquieren una gran fuerza expansiva (que setraduce en presin sobre el rea circundante).

    En los explosivos detonantes la velocidad de las primerasmolculas gasificadas es tan grande que no ceden su calorpor conductividad a la zona inalterada de la carga, sinoque los transmiten por choque, deformndola y produciendocalentamiento y explosin adiabtica con generacin denuevos gases. El proceso se repite con un movimientoondulatorio que afecta a toda la masa explosiva y que sedenomina onda de choque, la que se desplaza avelocidades entre 1 500 a 7 000 m/s segn la composicindel explosivo y sus condiciones de iniciacin.

    Un carcter determinante de la onda de choque en ladetonacin es que una vez que alcanza su nivel deequilibrio (temperatura, velocidad y presin) este semantiene durante todo el proceso, por lo que se diceque es autosostenida, mientras que la onda deflagrantetiende a amortiguarse hasta prcticamente extinguirse,de acuerdo al factor tiempo/distancia a recorrer.

    Tanto en la deflagracin como en la detonacin laturbulencia de los productos gaseosos da lugar a laformacin de la onda de choque. La regin de esta ondadonde la presin se eleva rpidamente se llama frentede choque. En este frente ocurren las reaccionesqumicas que transforman progresivamente a la materiaexplosiva en sus productos finales. Por detrs del frentede choque, que avanza a lo largo de la masa deexplosivo, se forma una zona de reaccin, que en sultimo tramo queda limitada por un plano ideal, quese denomina Plano de Chapman-Jouguet (CJ), en elcual la reaccin alcanza su nivel de equilibrio en cuantoa velocidad, temperatura, presin de gases, composiciny densidad, lo que se conoce como condiciones delestado de detonacin. En el plano CJ los gases seencuentran en estado de hipercompresin.

    La zona de reaccin en los altos explosivos es muyestrecha, slo de algunos milmetros en los msviolentos como TNT y dinamita gelatinosa y, por elcontrario, es de mayor amplitud en los explosivos lentoso deflagrantes como el ANFO.

    Otra diferencia es que en el caso de una combustin odeflagracin, los productos de la reaccin de xido-reduccin se mueven en el sentido contrario al sentidode avance de la combustin, mientras que en el casode una detonacin, los productos se desplazan en elmismo sentido de avance de la detonacin. Esto seevidencia por medio de la ecuacin fundamentalconocida como la Condicin de Chapman-Jouguet:

    VOD = S + W

    donde:

    VOD : velocidad de detonacin.S : velocidad de sonido.W : velocidad de partculas (productos).

    EXPLOSIVOS

    CAPITULO 1EXPLOSIVOS

    L

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    mientras que la detonacin es de carcter supersnico,pues las ondas de compresin se propagan a velocidadmayor que la del sonido con respecto al medio gaseosoresultante.

    En ambos casos la turbulencia de los productosgaseosos dar lugar a la formacin de la onda dechoque y la regin de esta onda donde la presinaumenta rpidamente se denomina frente de choque,que es precisa-mente donde transcurren las reaccionesfsico-qumicas que transforman progresivamente a lamateria explosiva en sus productos finales.

    En general, respecto a la velocidad, los explosivos sonconsiderados como:

    a. Deflagrantes: cuando la velocidad est por debajode los 1 000 m/s.

    b. Detonantes de bajo rgimen: de 1 000 a 1 800m/s (transicin entre deflagracin y detonacin).

    c. Detonantes de rgimen normal; con velocidadesentre 1 800 y 5 000 m/s (categora a la quepertenecen casi todos los explosivos de usoindustrial).

    d. Detonantes de alto rgimen: cuando la velocidadest por encima de los 5 000 m/s (es el caso delos altos explosivos de uso militar).

    Desde el punto de vista de aplicacin en la voladurade rocas, la reaccin de detonacin se traduce en unfuerte efecto de impacto triturador, mientras que enuna deflagracin este efecto es muy limitado.

    Donde se deduce que cuando W tiene un valor negativo,es decir cuando las partculas se mueven en el sentidocontrario al avance de la reaccin de xido-reduccin,se tendr que VOD < S, lo que significa que la velocidadde avance de la reaccin es menor que la velocidad delsonido. En este caso se tiene un fenmeno de simplecombustin o deflagracin subsnica.

    En resumen, deflagracin y detonacin son fenmenosde xido-reduccin, siendo la deflagracin de carctersubsnico, pues las ondas de compresin o dilatacinde baja densidad se propagan con una velocidadmenor o igual que la del sonido dentro de los gasesresultantes como producto de la combustin rpida,

    CAPTULO 1

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    EXPLOSIN

    La explosin, por su parte, es un fenmeno denaturaleza fsica, resultado de una liberacin de energatan rpida que se considera instantnea. La explosines un efecto y no una causa.

    En la prctica se consideran varios tipos de explosinque se definen con base en su origen, a la proporcinde energa liberada y al hecho que desencadenanfuerzas capaces de causar daos materiales:

    A. Explosin por descomposicin muy rpida

    La liberacin instantnea de energa generada por unadescomposicin muy rpida de materias inestablesrequiere una materia inestable (explosivo) y unprocedimiento de detonacin.

    B. Explosin por oxidacin muy rpida del aire

    La liberacin de energa generada por oxidacin muyrpida de un vapor, gas o polvo inflamable (gasolina,gris en las minas de carbn).

    C. Explosin nuclear

    Este tipo implica la liberacin instantnea de energacreada por fusin nuclear, tal como su-cede en unabomba de hidrgeno o por fisin nuclear, tal comosucede en la bomba atmica (uranio).

    D. Explosin por exceso de presin

    Este tipo de explosin es el resultado de la liberacininstantnea de la energa generada por un exceso depresin en recipientes, calderos o envases y puededeberse a diversos factores como calentamiento, malfuncionamiento de vlvulas u otros motivos.

    E. Ignicin espontnea

    La ignicin espontnea puede producirse cuando tienelugar un proceso de oxidacin lento de la materia sinuna fuente externa de calor; comienza lentamentepero va hacindose ms rpido hasta que el productose inflama por s solo (carbn mineral acumulado,nitrato de amonio apilado sin ventilacin).

    Para el caso de los explosivos, a consecuencia de lafase de detonacin y ms all del plano CJ, ocurriruna descompresin y baja de temperatura de losgases hasta que alcancen una condicin de densidady presin que se conoce como condiciones delestado de explosin.

    TERMOQUMICA DE LOS EXPLOSIVOS

    Se refiere a los cambios de energa interna,principalmente en forma de calor.

    La energa almacenada en un explosivo se encuentraen forma de energa potencial, latente o esttica.

    La energa potencial liberada a travs del pro-ceso dedetonacin se transforma en energa cintica omecnica.

    La Ley de Conservacin de la Energa establece queen cualquier sistema aislado la cantidad de energa esconstante, aunque la forma puede cambiar, as:

    Energa potencial + Energa cintica = cte.

    Pero no toda la energa suministrada por un explosivose transforma en trabajo til, ya que tienen lugaralgunas prdidas, como vemos en el siguiente cuadro.

    CAPTULO 1

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    En donde se considera la relacin constanteW = (VOD/4), pero en realidad, el divisor consideradoconstante flucta entre 3,4 y 5,8 con valores frecuentesentre 4,2 y 4,5 lo que debe tenerse presente.

    Esta frmula, muy cercana al valor terico, seaprovecha para clculos prcticos con datos de fcilalcance, principalmente para explosivos de medianao alta densidad.

    Ejemplos:

    - Para dinamita, con e = 1,3 g/cm3 y

    VOD = 4 500 m/s:

    PD = 1,3 x (4 500)2 x 10-5 = 66 kbar 4

    - Para ANFO 94/6, con e = 0,9 g/cm3 y

    VOD = 2 800 m/s:

    PD = 0,9 x (2 800)2 x 10-5 = 18 kbar 4

    Nota: Esta frmula (2) en unidades del SistemaInternacional sera:

    PD = e x (VOD)2 x 10-3

    4

    En la que PD se expresa en Megapascales (MPa).

    b. Presin de explosin

    Es la presin de los gases producidos por la detonacin,cuando estos todava ocupan el volumen inicial delexplosivo antes de cualquier expansin. Nuevamentedentro de una primera aproximacin muy aceptada,se puede considerar que la presin de explosin esigual al 50 % de la presin de detonacin.

    Entonces, para la dinamita antes considerada:

    PE = 0,5 PD

    PE = 0,5 x 66 = 33 kbar

    Dicho de otro modo, la presin termo-qumica opresin mxima disponible para trabajo (PE) equivalea la mitad de la presin de detonacin (PD), o sea:

    PE = e x (VOD)2 x 10-5

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    Como ejemplo de referencia tenemos los siguientesrangos lmites de presin de explosin:

    ANFO Nitroglicerina30 kbar lmites 120 kbar

    Los explosivos comerciales deben proporcionarsuficiente energa remanente despus de la detonacincomo pa...